随着我国国民经济的快速发展和国家对基础工程设施建设力度的加大,大量以TBM为施工基础的隧洞工程处于拟建和在建当中,使得隧洞围岩稳定性及TBM施工过程中所遇到的卡机问题越来越成为地下岩土工程领域的研究重点。而在施工过程中,高地应力、软弱围岩和断层破碎带等不良地质条件所引起的工程地质问题,往往是影响施工人员人身安全、工程施工进度以及造成施工设备财产损失的关键因素。因此,有必要针对深埋不良地层作用下的隧洞工程建设问题进行系统的研究与分析。本文依托青海省“引大济湟”调水总干渠工程,通过三维数值模拟技术手段并结合实际工程资料分析,针对工程施工过程中所遇到的围岩变形、TBM卡机、洞室改造及支护措施等问题进行了较为深入的研究。具体工作内容如下:(1)通过查阅大量文献及相关设计规范,系统地总结了隧洞围岩稳定性、TBM卡机以及隧洞支护相关理论和分析方法,并在此基础上明确本文的基本研究方法。(2)对数值模拟过程中所运用到的基本理论方程、本构模型及流固耦合基本计算理论等进行了说明,为后续的计算分析奠定基础。(3)针对工程历次TBM卡机机制及脱困技术进行了分析,总结得出了部分特定条件(高地应力、断层破碎带)下的TBM卡机脱困技术,并发现侧导洞法在TBM卡机脱困技术中的适用范围较广,可用于多种不同地质问题所导致的TBM卡机脱困。(4)根据卡机段实际工程地质情况,建立了正常洞径开挖条件下的三维有限差分模型,针对不同地质作用和不同施工情况(有无水和有无管片加固),分别进行仅应力场和流固耦合条件下的围岩变形及应力状态分析。结果表明:相较于无水无管片加固条件,考虑水作用时,围岩的变形量更大,开挖对围岩的扰动范围更广,TBM卡机情况也更为严重。无水有管片加固且管片支护措施能够及时施加的情况下,隧洞围岩的变形能得到较好的控制,管片变形量也在合理范围之内,而有水作用时,虽然管片支护结构能对隧洞围岩的变形起到一定的控制作用,但管片变形量较大,工程后续运行过程当中,应着重关注隧洞施工期发生涌水位置的管片变形情况。(5)针对地下工程中常用支护措施进行归纳与整理,明确了不同支护结构的作用机理。在此基础上,根据改造洞室段工程实际开挖和支护情况,建立三维有限差分计算模型,分析改造洞室段开挖及支护结构的施加对隧洞围岩稳定性的影响,重点研究支护结构的变形及应力状态。研究发现:在闭合钢拱圈支护形式能够及时完成的前提下,围岩及其他支护结构的变形及应力状态均在合理范围内,证明了支护措施的有效性。